DE102019005787A1 - System and method for controlling at least one machine, in particular a group of machines - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft unter anderem ein System zur Steuerung zumindest einer Maschine (Ki), der eine individuelle Maschinensprache zugeordnet ist, die definierte Befehlsgrößen (R1, ..., Ri) umfasst, wobei im Zuge der Steuerung die Maschine (Ki) eine Zustandsänderung (Zi) erfährt, mit einem Steuermodul, das ausgestaltet ist, in Abhängigkeit der Art der Maschine (Ki) und/oder der dieser zugordneten Maschinensprache Befehlsgrößen (r1, ..., ri) einer Interaktionssprache in entsprechende Befehlsgrößen (R1, ..., Ri) einer individuellen Maschinensprache zu transformieren.The present invention relates, among other things, to a system for controlling at least one machine (Ki) to which an individual machine language is assigned, which includes defined command variables (R1, ..., Ri), with the machine (Ki) changing its state in the course of the control (Zi) learns, with a control module that is designed, depending on the type of machine (Ki) and / or the machine language assigned to it, command variables (r1, ..., ri) of an interaction language into corresponding command variables (R1, ... , Ri) to transform an individual machine language.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein System sowie ein Verfahren zur Steuerung zumindest einer Maschine, insbesondere ein System und ein Verfahren zur synchronen oder asynchronen Steuerung eines Kollektivs von Maschinen.The present invention relates to a system and a method for controlling at least one machine, in particular a system and a method for the synchronous or asynchronous control of a group of machines.

Grundsätzlich besitzt jede Maschine, wie diese im Folgenden definiert sein soll, für sich eine eigene individualisierte bzw. individuelle Maschinensprache, die sich aus definierten Befehlscodes zusammensetzt. Die diese Maschinensprache bildende Befehlsstruktur bzw. Befehlssyntax ist ausgebildet, damit die Maschine programmiert oder gesteuert bzw. aktiviert werden kann, um dieser zugedachte definierte oder ggfs. durch autonomes Planen erzeugte Funktionen auszuführen, auf Grund von welchen die Maschine dann mit der Umwelt interagiert. D.h. mittels der Maschinensprache steuert ein Benutzer die Maschine und gibt über entsprechende Befehle der Maschine Anweisungen, damit diese definierte Operationen durchführen kann. Diese Anweisungen können sich sowohl auf die Programmierung der Maschine (Setup) selbst als auch auf die tatsächliche Maschinensteuerung im Betrieb beziehen.In principle, each machine, as it is to be defined below, has its own individualized or individual machine language, which is composed of defined command codes. The command structure or command syntax forming this machine language is designed so that the machine can be programmed or controlled or activated in order to carry out intended functions or, if necessary, generated by autonomous planning, on the basis of which the machine then interacts with the environment. In other words, a user controls the machine using machine language and gives the machine instructions using appropriate commands so that it can carry out defined operations. These instructions can refer to the programming of the machine (setup) itself as well as to the actual machine control during operation.

Ein Problem im Zusammenwirken von mehreren Maschinen unterschiedlicher Ausgestaltung besteht unter anderem darin, dass jeder Hersteller einer Maschine eine eigene, speziell für diese ausgebildete und entworfene Maschinensprache benutzt, die ggfs. auf einer eigenständigen Programmierlogik basiert und mit den Maschinensprachen der anderen Hersteller nicht kompatibel oder nur unter Einschränkungen kompatibel ist. Dies wirkt sich auch auf den Benutzer aus, der für jede Maschine eine andere Programmierung und andere Steuerungsbefehle verwenden und erlernen muss.One problem in the interaction of several machines of different design is that each manufacturer of a machine uses its own machine language specially trained and designed for it, which may be based on its own programming logic and is incompatible or only incompatible with the machine languages of the other manufacturers is compatible with restrictions. This also affects the user, who has to use and learn different programming and different control commands for each machine.

In der Regel werden die Steuerbefehle, definiert als Befehlsgrößen, über eine Mensch-Maschine-Schnittstelle (HMI) eingegeben. Bei einer Maschine, bspw. einem Roboter eines Herstellers, kann die HMI ausgebildet sein, einen Steuerbefehl, z.B. „Bewege Effektor von Position A nach Position B“, über eine individuell gestaltete graphische Benutzeroberfläche darzustellen, den der Benutzer dann betätigt. Die Steuerung eines Roboters eines anderen Herstellers kennt diesen Steuerbefehl auch, jedoch kann dieser im roboterseitigen Eingabe- und Steuerungssystem über andere Algorithmen implementiert sein und muss von einem Benutzer auf eine andere Art und Weise, bspw. rein textuell, programmiert bzw. aktiviert werden.As a rule, the control commands, defined as command variables, are entered via a human-machine interface (HMI). In the case of a machine, e.g. a robot from a manufacturer, the HMI can be designed to display a control command, e.g. "Move effector from position A to position B", via an individually designed graphical user interface, which the user then actuates. The control of a robot from another manufacturer also knows this control command, but it can be implemented in the robot-side input and control system using other algorithms and must be programmed or activated by a user in a different way, for example purely textually.

So können sich folglich die einzelnen Steuerungssysteme von Maschinen, Robotern usw. voneinander so unterscheiden, dass für die Durchführung von ein und derselben Operation jeweils unterschiedliche Programmierschritte und/oder Befehlseingaben von einem Benutzer durchgeführt werden müssen, die sich hinsichtlich ihrer Komplexität und damit der Bedienerfreundlichkeit unterscheiden können. Selbstredend ist dies umständlich und aufwändig. Benutzer müssen auf jede Maschine separat geschult werden. Des Weiteren erweist es sich als nachteilig, dass spezifisches Expertenwissen betreffend einer Maschinen(programmier)spräche sowie der Funktionalität der Maschine selbst erforderlich ist.Consequently, the individual control systems of machines, robots, etc. can differ from one another in such a way that different programming steps and / or command inputs have to be carried out by a user to carry out one and the same operation, which differ in terms of their complexity and thus user-friendliness can. This is of course cumbersome and time-consuming. Users must be trained separately on each machine. Furthermore, it proves to be disadvantageous that specific expert knowledge relating to a machine (programming) would be required and the functionality of the machine itself.

Hinzu kommt, dass bei einem Maschinenkollektiv, bei der unterschiedliche Maschinen beispielsweise an einer Produktionsstraße zusammenarbeiten sollen, jede Maschine für sich separat programmiert und gesteuert wird, und diese Maschinen wiederum hinsichtlich ihres Zusammenwirkens aufeinander abgestimmt werden müssen. Ggfs. sind einzelne Maschinen hinsichtlich ihrer Ausgestaltung im Vorfeld gar nicht darauf ausgelegt worden, miteinander kooperieren zu können, geschweige denn miteinander zu kommunizieren. Unterschiedliche Maschinen, wie bspw. Roboter, Förderbänder, Werkzeugmaschinen, Sensoren usw. in einen gemeinsamen Kontext einer Produktionsanlage zu integrieren, so dass diese fehlerfrei und effektiv zusammenarbeiten können, gestaltet sich daher als sehr aufwändig und zeitintensiv, mit damit einhergehendem Kostenaufwand.In addition, in the case of a collective of machines in which different machines are to work together on a production line, for example, each machine is programmed and controlled separately, and these machines in turn have to be coordinated with one another with regard to their interaction. If necessary In terms of their design, individual machines were not designed in advance so that they could cooperate with one another, let alone communicate with one another. Integrating different machines, such as robots, conveyor belts, machine tools, sensors, etc. into a common context of a production plant so that they can work together effectively and without errors is therefore very complex and time-consuming, with the associated costs.

Auch ist es denkbar, dass gleichartige Maschinen oder unterschiedliche Maschinen und Einheiten eines Kollektivs lokal verteilt sind, so dass eine einheitliche, gemeinsame und/oder gleichzeitige Steuerung durch einen Benutzer vor Ort nicht möglich ist.It is also conceivable that machines of the same type or different machines and units of a collective are distributed locally, so that uniform, shared and / or simultaneous control by a user on site is not possible.

Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein System zu schaffen und ein Verfahren bereitzustellen, mit Hilfe von welchen zumindest eine Maschine unabhängig von der dieser Maschine innewohnenden Maschinensprache auf einfache Art und Weise gesteuert werden kann. Insbesondere ist es jedoch eine Aufgabe der Erfindung, ein Kollektiv von in der Regel unterschiedlichen Maschinen zu steuern.Against this background, it is an object of the present invention to create a system and to provide a method with the aid of which at least one machine can be controlled in a simple manner independently of the machine language inherent in this machine. In particular, however, it is an object of the invention to control a group of generally different machines.

Gelöst werden diese Aufgaben mit einem System zur Steuerung nach Anspruch 1 und mit einem Verfahren zur Steuerung nach Anspruch 8.These objects are achieved with a system for control according to claim 1 and with a method for control according to claim 8.

In einem ersten Aspekt betrifft die Erfindung ein System zur Steuerung zumindest einer Maschine, der eine individuelle Maschinensprache zugeordnet ist, die definierte Befehlsgrößen umfasst, wobei im Zuge der Steuerung die Maschine zumindest eine Zustandsänderung erfährt, aufweisend:

  • - eine Mensch-Maschine-Schnittstelle, der eine Interaktionssprache zugeordnet ist, die definierte Befehlsgrößen umfasst; und
  • - zumindest ein Steuermodul, das ausgestaltet ist, in Abhängigkeit der Art der Maschine und/oder der dieser zugordneten Maschinensprache in Bezug auf eine Befehlsgröße der Interaktionssprache und/oder in Bezug auf eine Befehlsgröße der individuellen Maschinensprache zunindest eine Regelfunktion zu generieren, die ausgebildet ist, die Befehlsgröße der Interaktionssprache in eine zugehörige Befehlsgröße der individuellen Maschinensprache zu transformieren.
In a first aspect, the invention relates to a system for controlling at least one machine, which is assigned an individual machine language that includes defined command variables, with the machine experiencing at least one change in state in the course of the control, comprising:
  • - a man-machine interface to which an interaction language is assigned which comprises defined command variables; and
  • - At least one control module that is designed to generate at least one control function, which is designed, depending on the type of machine and / or the machine language assigned to it in relation to a command variable of the interaction language and / or in relation to a command variable of the individual machine language, to transform the command size of the interaction language into an associated command size of the individual machine language.

Im Rahmen dieser Offenbarung soll hierbei „Maschine“ im Sinne eines Oberbegriffs als eine zu steuernde Einheit oder Komponente jeglicher Ausgestaltung verstanden werden, die eine oder mehrere Operationen in einer Interaktion mit der Umgebung, einem Gegenstand, einem Werkstück und/oder einem Menschen durchführen kann, und die beispielsweise umfassen kann:

  • - Werkzeugmaschinen jeglicher Art
  • - stationäre oder mobile Roboter,
  • - Industrieroboter
  • - Leichtbauroboter mit oder ohne Mensch-Roboter-Kollaborationsfähigkeiten
  • - Sensoren jeglicher Art
  • - Manipulatoren
  • - Recheneinheiten
  • - Beförderungseinheiten
  • - Simulationen
  • - Haushaltsgeräte
  • - medizinische und chirurgische Geräte
  • - Sortieranlagen und -vorrichtungen
  • - autonome Fahrzeuge
  • - mobile Plattformen
  • - Signalanlagen
  • - usw.,
d.h. im Prinzip jede tatsächliche oder virtuelle Einheit, die zu ihrer Funktion und/oder Interaktion mit der Umwelt, die die Zustandsänderungen widerspiegeln, eine eigenständige Befehlsstruktur (d.h. Maschinensprache) aufweist, die von einem Benutzer herangezogen werden kann bzw. benutzt werden muss.In the context of this disclosure, “machine” in the sense of a generic term is to be understood as a controlled unit or component of any configuration that can perform one or more operations in an interaction with the environment, an object, a workpiece and / or a person, and which can include, for example:
  • - machine tools of any kind
  • - stationary or mobile robots,
  • - industrial robots
  • - Lightweight robots with or without human-robot collaboration skills
  • - sensors of any kind
  • - manipulators
  • - arithmetic units
  • - transport units
  • - simulations
  • - Domestic appliances
  • - medical and surgical equipment
  • - Sorting systems and devices
  • - autonomous vehicles
  • - mobile platforms
  • - Signal systems
  • - etc.,
ie in principle any actual or virtual unit that has an independent command structure (ie machine language) that can or must be used by a user for its function and / or interaction with the environment, which reflect the changes in state.

Unter „Befehlsgrößen“ (oder auch Befehlscodes) im Rahmen dieser Offenbarung sollen alle Anweisungen verstanden werden, die aus einer Benutzereingabe resultieren können und die Maschine dazu veranlassen, eine bestimmte Funktion zu erfüllen und/oder eine bestimmte Operation auszuführen.“Command variables” (or also command codes) in the context of this disclosure are to be understood as meaning all instructions that can result from a user input and cause the machine to perform a specific function and / or to carry out a specific operation.

In einem weiteren Aspekt der Erfindung ist das Steuermodul des Weiteren ausgestaltet, in Abhängigkeit der Art der Maschine und/oder der dieser zugordneten Maschinensprache in Bezug auf eine Zustandsgröße der Interaktionssprache und/oder in Bezug auf eine Zustandsgröße der individuellen Maschinensprache zumindest eine inverse Regelfunktion zu generieren, die ausgebildet ist, eine Zustandsgröße der individuellen Maschinensprache in eine zugehörige Zustandsgröße der Interaktionssprache zu transformieren.In a further aspect of the invention, the control module is further designed to generate at least one inverse control function depending on the type of machine and / or the machine language assigned to it in relation to a state variable of the interaction language and / or in relation to a state variable of the individual machine language which is designed to transform a state variable of the individual machine language into an associated state variable of the interaction language.

Dies dient einerseits der Feedback-Kontrolle innerhalb des Steuermoduls bei der Ausführung eines Befehls und andererseits in einem übergeordneten Kontext dann auch der Darstellung eines erfassten Zustands der Maschine oder einer Zustandsänderung der Maschine in bspw. einem Darstellungsmodul der HMI.This serves, on the one hand, for feedback control within the control module when executing a command and, on the other hand, in a higher-level context, then also to display a detected state of the machine or a change in state of the machine in, for example, a display module of the HMI.

Unter „Zustandsgrößen“ (oder auch Signalgrößen, Zustandssignale) im Rahmen dieser Offenbarung sollen alle Größen verstanden werden, die im Zuge der durch die Befehlsgrößen erwirkten Zustandsänderungen der Maschine dem Steuermodul bzw. dem Benutzer über die Transformation in der Interaktionssprache dann eine Rückmeldung ermöglichen, inklusive von einen möglichen Einfluss nehmenden Störgrößen.“State variables” (or also signal variables, state signals) in the context of this disclosure are to be understood as meaning all variables which then enable the control module or the user to provide feedback via the transformation in the interaction language in the course of the changes in the state of the machine brought about by the command variables, including of a possible influencing disturbance.

Der Kern der Erfindung ist folglich darin zu sehen, dass in Bezug auf jegliche Regelgröße die Hin-Transformation über eine erste Regelfunktion zwischen der Interaktionssprache und der Maschinensprache auf der einen Seite und in Bezug auf jegliche Zustandsgröße die Rück-Transformation über eine inverse Regelfunktion zwischen der Maschinensprache und der Interaktionssprache auf der anderen Seite von dem System bzw. dem Verfahren gemäß der Erfindung programmtechnisch im weitesten Sinne als eine Ausführung eines Prozessrechenmodells abgebildet wird.The essence of the invention can therefore be seen in the fact that, with regard to any control variable, the forward transformation via a first control function between the interaction language and the machine language on the one hand and with regard to any state variable, the reverse transformation via an inverse control function between the Machine language and the interaction language on the other hand are mapped by the system or the method according to the invention in the broadest sense of the program as an implementation of a process computing model.

Wie bei einem gegenständlichen Mikrorechner, der Reglerprogramme beinhaltet, die in Abhängigkeit der Struktur und der Parameter der zu Grunde gelegten Reglergesetze konfiguriert und parametriert werden, wird gemäß der Erfindung ein virtueller Prozessrechner implementiert, wobei das System annimmt, wie die Reglerprogramme konfiguriert sein könnten, damit im Sinne eines entsprechenden Reglergesetzes die Regelfunktionen zur Transformation der Befehls- bzw. Zustandsgrößen generiert werden können, was den eigentlichen Abstraktionsprozess widerspiegelt.As with an objective microcomputer that contains controller programs that are configured and parameterized depending on the structure and the parameters of the underlying controller laws, a virtual process computer is implemented according to the invention, the system assuming how the controller programs could be configured with it in the sense of a corresponding control law, the control functions for transforming the command or state variables can be generated, which reflects the actual abstraction process.

Die Übertragung einer Befehlsgröße einer Interaktionssprache in eine entsprechende Befehlsgröße einer Maschinensprache kann daher allgemein als ein gerichtetes Zustandsraummodell beschrieben werden.The transfer of an instruction variable of an interaction language into a corresponding instruction variable of a machine language can therefore generally be described as a directed state space model.

Vereinfacht ausgedrückt stellt gemäß der Erfindung das systemseitige Steuermodul mit einem maschinenseitigen Steuermodul eine Kommunikation her, um eine in der Interaktionssprache des systemseitigen Steuermoduls hinterlegte Befehlsgröße, die einer definierten Operation entspricht, mit einer entsprechenden Befehlsgröße zu verknüpfen, die in der Maschinensprache des maschinenseitigen Steuermoduls hinterlegt ist, wobei das systemseitige Steuermodul extern zu dem maschinenseitigen Steuermodul und diesem übergeordnet ist.In simple terms, according to the invention, the system-side control module establishes communication with a machine-side control module in order to link a command variable stored in the interaction language of the system-side control module, which corresponds to a defined operation, with a corresponding command variable, which is stored in the machine language of the machine-side control module , wherein the system-side control module is external to the machine-side control module and is superordinate to this.

Der eigentliche Prozess der Transformation in beiden Richtungen ist im Grunde eine Abbildung mit Eingangsgrößen (= Regelgrößen der Interaktionssprache), Ausgangsgrößen (= Stell- /Regelgrößen in der Maschinensprache) und Zustandsgrößen (bspw. Sensorsignale über die Zustandsänderung), wobei ein ständiges Feedback bzw. eine Rückkopplung in Bezug auf die Regelfunktionen über die Zustandsgrößen und ggfs. einfließenden Störgrößen aktiv sein kann.The actual process of transformation in both directions is basically a mapping with input variables (= control variables of the interaction language), output variables (= manipulated / controlled variables in machine language) and state variables (e.g. sensor signals about the change in state), with constant feedback or a feedback with respect to the control functions via the state variables and possibly influencing disturbance variables can be active.

Dabei muss der Ablauf des Prozessrechenmodells nicht zwangsläufig deterministisch ausgelegt sein. Die über die Regelfunktion zu bestimmende zukünftige Ausgabe der Regelgröße muss nicht zwangsläufig vorab bekannt sein, da sich diese unter Umständen auch erst durch die Interaktion der Maschine mit der Umgebung ergeben kann, wobei die Zustandsänderung bspw. durch an der Maschine auftretende Kräfte oder durch Bewegungsmuster der Maschine wiedergegeben wird.The process of the process computing model does not necessarily have to be designed to be deterministic. The future output of the controlled variable to be determined via the control function does not necessarily have to be known in advance, since this may also only arise from the interaction of the machine with the environment, with the change in state, for example, due to forces occurring on the machine or due to movement patterns of the Machine is played.

Das so implementierte Prozessrechenmodell wird unter Berücksichtigung von Parametern und/oder Störgrößen einer ständigen Feedbackregelung unterzogen, bei denen es sich um tatsächliche, während der Zustandsänderung messbare physikalische Größen und/oder um virtuell erzeugte Größen handeln kann.The process computing model implemented in this way is subjected to constant feedback control, taking into account parameters and / or disturbance variables, which can be actual physical variables that can be measured during the change in state and / or virtually generated variables.

In einer Weiterbildung des Systems kann das Steuermodul des Weiteren so ausgestaltet sein, dass die Regelfunktion in Abhängigkeit der inversen Regelfunktion und/oder umgekehrt generiert wird.In a further development of the system, the control module can furthermore be designed in such a way that the control function is generated as a function of the inverse control function and / or vice versa.

Des Weiteren kann das Steuermodul so ausgestaltet sein, dass die Regelfunktion und/oder die inverse Regelfunktion während der Zustandsänderung der Maschine geändert werden kann, und zwar beispielsweise in Abhängigkeit von vorgegebenen oder tatsächlichen Rückkopplungsparametern.Furthermore, the control module can be designed in such a way that the control function and / or the inverse control function can be changed during the state change of the machine, specifically, for example, as a function of specified or actual feedback parameters.

Mit anderen Worten, das System gemäß der Erfindung kann in funktionaler und/oder zeitlicher Hinsicht offen ausgelegt sein. Beispielsweise lassen sich den einzelnen Regelfunktionen Freigaben, d.h. was soll maschinenseitig auf alle Fälle realisiert werden, und Beschränkungen, d.h. was darf maschinenseitig auf keinen Fall eintreten, schritthaltend hinzufügen oder von diesen entfernen.In other words, the system according to the invention can be designed to be open in terms of function and / or time. For example, releases, i.e. what should be implemented on the machine side in any case, and restrictions, i.e. what must not occur on the machine side, can be added to or removed from the individual control functions.

Programmseitig wird durch das so gemäß der Erfindung realisierte Prozessrechenmodell für die Hin-Transformation von Befehlsgrößen und die Rück-Transformation von Zustandsgrößen eine Abstraktion einer für eine Maschine vorgegebenen individuellen Maschinensprache herbeigeführt.On the program side, the process computation model implemented according to the invention for the forward transformation of command variables and the reverse transformation of state variables brings about an abstraction of an individual machine language specified for a machine.

In einer bevorzugten Ausführungsform gemäß der Erfindung sind das System und das nachfolgend beschriebene Verfahren insbesondere auf eine Steuerung eines Kollektivs ausgelegt, das sich aus mehreren, unterschiedlichen Arten bzw. Klassen von Maschinen zusammensetzt.In a preferred embodiment according to the invention, the system and the method described below are designed, in particular, for controlling a collective which is composed of several different types or classes of machines.

Hierbei sind mehrere Maschinen vorgesehen, denen jeweils eine individuelle Maschinensprache zugeordnet ist, wobei das Steuermodul ausgestaltet ist, für jede Maschine jeweils zumindest eine entsprechende Regelfunktion und zumindest eine entsprechende inverse Regelfunktion zu generieren.Several machines are provided, each of which is assigned an individual machine language, the control module being designed to generate at least one corresponding control function and at least one corresponding inverse control function for each machine.

Die Maschinensprachen sind in der Regel nicht oder nur mit Einschränkungen miteinander kompatibel.The machine languages are usually not compatible with one another, or only with restrictions.

Das Kollektiv kann dabei als ein potentiell heterogenes System bzw. Netzwerk ausgebildet sein, bspw. eine Produktionsanlage bestehend aus mehreren Maschinen und Robotern, die jede(r) für sich unterschiedliche Aufgaben erfüllen und von unterschiedlichen Herstellern stammen und daher unterschiedliche, nicht miteinander kompatible Maschinensprachen aufweisen und nutzen.The collective can be designed as a potentially heterogeneous system or network, for example a production plant consisting of several machines and robots, each of which performs different tasks and comes from different manufacturers and therefore has different, incompatible machine languages and use.

Als „Kollektiv“ im Rahmen dieser Offenbarung sollen folglich nicht nur physisch nicht miteinander gekoppelte, jedoch in irgendeiner Form zusammenarbeitende Maschinen, wie bei Produktionsanlagen, sondern auch physisch miteinander gekoppelte Systeme verstanden werden, wie beispielsweise ein Roboterarm, der an seinem distalen Ende einen Greifermechanismus trägt. Der Roboterarm stammt von einem ersten Hersteller und weist eine eigene Maschinensprache (=Robotersprache) auf, während der daran montierte Greifermechanismus von einem zweiten Hersteller stammt und eine von der Robotersprache getrennte, eigenständige Maschinensprache (=Greifersprache) aufweist.“Collective” in the context of this disclosure should therefore be understood to mean not only machines that are not physically coupled to one another but that work together in some form, as in production plants, but also systems that are physically coupled to one another, such as a robotic arm that carries a gripper mechanism at its distal end . The robot arm comes from a first manufacturer and has its own machine language (= robot language), while the gripper mechanism mounted on it comes from a second manufacturer and has an independent machine language (= gripper language) that is separate from the robot language.

Im Prinzip sind der physischen Ausgestaltung des Kollektivs zur Realisierung und Anwendung des erfindungsgemäßen Systems und Verfahrens keine Grenzen gesetzt. Die Mitglieder/Maschinen des Kollektivs können lokal und/oder global verteilt sein und über ein Netzwerk oder drahtlos miteinander verbunden werden.In principle, the physical design of the collective are necessary for the realization and application of the There are no limits to the system and method according to the invention. The members / machines of the collective can be distributed locally and / or globally and connected to one another via a network or wirelessly.

Vor diesem Hintergrund ist das Steuermodul des Weiteren ausgestaltet, die Regelfunktionen und die inverse Regelfunktionen in Bezug auf die Maschinen eines Kollektivs synchron oder asynchron zu generieren.Against this background, the control module is also designed to generate the control functions and the inverse control functions in relation to the machines of a collective synchronously or asynchronously.

Mit anderen Worten, die Steuerung der einzelnen Maschinen des Kollektivs durch einen Benutzer über die Interaktionssprache kann individuell, gleichzeitig oder in Abhängigkeit des gewünschten Ablaufs des Kollektivs erfolgen.In other words, the control of the individual machines of the collective by a user via the interaction language can take place individually, simultaneously or as a function of the desired sequence of the collective.

Unabhängig von den Maschinensprachen und der Anzahl der Maschinen wird durch das System und das Verfahren gemäß der Erfindung programmseitig eine einheitliche Abstraktion in Bezug auf alle unterschiedlichen Maschinensprachen realisiert, die in einem Kollektiv von Maschinen vorliegen.Regardless of the machine languages and the number of machines, the system and the method according to the invention implement a uniform abstraction in the program with respect to all different machine languages that are present in a collective of machines.

Die Interaktionssprache fungiert quasi als eine Art Abstraktionssprache, wodurch ein einheitliches System zur Steuerung zumindest einer Maschine eines Kollektivs vorgeschlagen wird, das unabhängig von dem dieser Maschine innenwohnenden Steuerungssystem bzw. der hierfür jeweils vorgesehenen Programmierungsart und Maschinensprache herangezogen werden kann, da es in der Lage ist, mit allen verschiedenen Maschinensprachen von Maschinen, wie bspw. Robotern, der unterschiedlichsten Ausgestaltung bzw. von unterschiedlichen Herstellern zu kommunizieren.The interaction language functions as a kind of abstraction language, as a result of which a uniform system for controlling at least one machine of a collective is proposed, which can be used regardless of the internal control system of this machine or the programming type and machine language provided for this, since it is capable to communicate with all the different machine languages of machines, such as robots, of the most varied of designs or from different manufacturers.

Der Benutzer kann die vereinfachte Programmierung des übergeordneten Systems, die sich vorzugsweise durch eine einfache Bedienlogik (bspw. dialoggestützt, rein textuell oder über graphische Symbole) einer graphischen Benutzeroberfläche der HMI ausweisen kann, heranziehen, um einen Operationsbefehl auf das individuelle Steuerungssystem der Maschine zu übertragen, der von dieser dann ausgeführt wird, ohne dass der Benutzer in die ggfs. sehr komplizierte Logik des maschinenseitigen Steuerungssystems näher einsteigen muss.The user can use the simplified programming of the higher-level system, which can preferably be identified by a simple operating logic (e.g. dialog-based, purely textual or via graphic symbols) of a graphical user interface of the HMI, in order to transfer an operation command to the individual control system of the machine , which is then carried out by the latter without the user having to go into the possibly very complicated logic of the machine-side control system.

Ein Benutzer muss sich daher nicht mit allen am Markt befindlichen Programmieranweisungen von Steuerungssystemen unterschiedlicher Maschinen/Roboter im Detail befassen und sich in diese einarbeiten, um eine einfache Operation von der Maschine/dem Roboter oder gar von einem Kollektiv aus Maschinen/Robotern durchführen zu lassen, sondern kann sich ausschließlich des übergeordneten Systems bedienen, was hinsichtlich seiner Programmierung eine wesentlich einfachere Logik und daher bessere Benutzerfreundlichkeit aufweist.A user therefore does not have to deal in detail with all the programming instructions on the market for control systems of different machines / robots and familiarize themselves with them in order to have a simple operation carried out by the machine / robot or even by a collective of machines / robots, but can only use the higher-level system, which has a much simpler logic in terms of its programming and therefore better user-friendliness.

Das übergeordnete System bildet quasi ein generalisiertes Betriebssystem für viele Maschinen, beispielsweise aller am Markt befindlichen Roboter. Es lässt sich auf einfache Art und Weise an neue Betriebs- bzw. Steuerungssysteme, sowie Maschinensprachen, von bestehenden oder neuen Maschinen- oder Robotersystemen und auch an neu durchzuführenden Operationen ohne großen programmiertechnischen Aufwand anpassen.The higher-level system forms, as it were, a generalized operating system for many machines, for example all robots on the market. It can be easily adapted to new operating or control systems, as well as machine languages, from existing or new machine or robot systems and also to new operations to be carried out without great programming effort.

Neben einer vereinfachten Bedienung über mehrere Maschinenklassen hinweg stellt sich durch die Bereitstellung und Realisierung des erfindungsgemäßen Systems und des nachfolgenden beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahrens ein erheblicher Zeitgewinn bei der Steuerung, sowohl in Bezug auf die Programmierung (Setup) als auch Bedienung der Maschinen ein, was mit einem erheblichen wirtschaftlichen Vorteil einhergeht.In addition to simplified operation across several machine classes, the provision and implementation of the system according to the invention and the method according to the invention described below result in considerable time savings in control, both in terms of programming (setup) and operation of the machines significant economic advantage.

Darüber hinaus ermöglicht das erfindungsgemäße System auf einfache Art und Weise die gleichzeitige oder zeitlich versetzte Betätigung von Maschinen oder Maschinenkollektiven, die räumlich voneinander getrennt sind.In addition, the system according to the invention enables, in a simple manner, the simultaneous or staggered actuation of machines or machine groups that are spatially separated from one another.

Insbesondere ist das System der Erfindung auch dazu ausgelegt, eigenständig zu erkennen, mit welchem maschinenseitigen Steuersystem, d.h. mit welcher Maschinensprache es gerade verbunden ist bzw. kommunizieren soll, um dann eigenständig die für die gewünschte Befehlsgröße notwendigen „Übersetzungs- " bzw. Transformationsalgorithmen zur Generierung der Regel funktionell zur Verfügung zu stellen. Ein solches autonomes „Mapping“ kann durch entsprechende Learning- oder Deep Learning-Algorithmen oder neuronale Netze erfolgen bzw. implementiert werden.In particular, the system of the invention is also designed to independently recognize with which machine-side control system, ie with which machine language it is currently connected or should communicate, in order to then independently generate the "translation" or transformation algorithms required for the desired command size Such an autonomous “mapping” can take place or be implemented by appropriate learning or deep learning algorithms or neural networks.

In diesem Zusammenhang betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zur Steuerung zumindest einer Maschine, der eine individuelle Maschinensprache zugeordnet ist, die definierte Befehlsgrößen umfasst, mittels eines Steuermoduls, das mit einer Mensch-Maschine-Schnittstelle zusammenwirkt, der eine Interaktionssprache zugeordnet ist, die ebenfalls definierte Befehlsgrößen, umfasst, wobei im Zuge der Steuerung die Maschine eine Zustandsänderung erfährt, aufweisend die Schritte:

  • - Erkennen der Art der Maschine und/oder der dieser zugeordneten Maschinensprache;
  • - in Abhängigkeit der Art der Maschine und/oder der dieser zugordneten Maschinensprache Generieren einer Regelfunktion in Bezug auf eine Befehlsgröße der Interaktionssprache und/oder in Bezug auf eine Befehlsgröße der individuellen Maschinensprache; und
  • - Transformieren der Befehlsgröße der Interaktionssprache in eine zugehörige Befehlsgröße der individuellen Maschinensprache unter Anwendung der Regelfunktion.
In this context, the invention also relates to a method for controlling at least one machine that is assigned an individual machine language that includes defined command variables, by means of a control module that interacts with a man-machine interface that is assigned an interaction language that is also defined Command variables, comprising, the machine experiencing a change of state in the course of the control, having the steps:
  • - Recognition of the type of machine and / or the machine language assigned to it;
  • - Depending on the type of machine and / or the machine language assigned to it, generating a control function in relation to an instruction size of the interaction language and / or in relation to an instruction size of the individual machine language; and
  • Transforming the command variable of the interaction language into an associated command variable of the individual machine language using the control function.

Des Weiteren umfasst das Verfahren die Schritte:

  • - in Abhängigkeit der Art der Maschine und/oder der dieser zugordneten Maschinensprache Generieren einer inversen Regelfunktion in Bezug auf eine Zustandsgröße der Interaktionssprache und/oder in Bezug auf eine Zustandsgröße der individuellen Maschinensprache; und
  • - Transformieren der Zustandsgröße der individuellen Maschinensprache in eine zugehörige Zustandsgröße der Interaktionssprache unter Anwendung der inversen Regelfunktion.
The method also includes the following steps:
  • - as a function of the type of machine and / or the machine language assigned to it, generating an inverse control function in relation to a state variable of the interaction language and / or in relation to a state variable of the individual machine language; and
  • - Transforming the state variable of the individual machine language into an associated state variable of the interaction language using the inverse control function.

Das Verfahren zeichnet sich weiter dadurch aus, dass die Regelfunktion in Abhängigkeit der inversen Regelfunktion und/oder umgekehrt generiert werden kann.The method is further characterized in that the control function can be generated as a function of the inverse control function and / or vice versa.

In einer Weiterbildung des Verfahrens kann die Regelfunktion und/oder die inverse Regelfunktion während der Zustandsänderung der Maschine geändert werden.In a further development of the method, the control function and / or the inverse control function can be changed during the state change of the machine.

Vorzugsweise ist das Verfahren gemäß der Erfindung ausgebildet, dass, wenn mehrere Maschinen vorgesehen sind, denen jeweils eine individuelle Maschinensprache zugeordnet ist, eine Regelfunktion und eine inverse Regelfunktion für jede Maschine generiert wird, wobei die Regelfunktionen und die inversen Regelfunktionen in Bezug auf die Maschinen synchron oder asynchron generiert werden können.The method according to the invention is preferably designed so that if several machines are provided, each of which is assigned an individual machine language, a control function and an inverse control function are generated for each machine, with the control functions and the inverse control functions synchronously with respect to the machines or can be generated asynchronously.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung der anhand der beiliegenden Zeichnungen erläuterten Ausführungsbeispiele. Es zeigen

  • 1 eine schematische Darstellung einer Mensch-Maschine-Schnittstelle;
  • 2 eine schematische Darstellung einer zu steuernden Maschine;
  • 3 eine schematische Darstellung eines Aufbaus eines erfindungsgemäßen Systems in Bezug auf die Steuerung einer einzigen Maschine Ki ;
  • 4 eine weitere schematische Darstellung eines Aufbaus eines erfindungsgemäßen Systems in Bezug auf die Steuerung einer einzigen Maschine Ki ;
  • 5 eine schematische Darstellung eines Kollektivs von Maschinen;
  • 6 eine Darstellung eines Roboters als ein physisch verbundenes Kollektiv; und
  • 7 eine schematische Darstellung eines Aufbaus eines erfindungsgemäßen Systems in Bezug auf die Steuerung eines Kollektivs von Maschinen.
Further features and advantages of the invention emerge from the description of the exemplary embodiments explained with reference to the accompanying drawings. Show it
  • 1 a schematic representation of a man-machine interface;
  • 2 a schematic representation of a machine to be controlled;
  • 3 a schematic representation of a structure of a system according to the invention in relation to the control of a single machine K i ;
  • 4th a further schematic representation of a structure of a system according to the invention in relation to the control of a single machine K i ;
  • 5 a schematic representation of a collective of machines;
  • 6th a representation of a robot as a physically connected collective; and
  • 7th a schematic representation of a structure of a system according to the invention in relation to the control of a collective of machines.

In der 1 ist schematisch eine Mensch-Maschine-Schnittstelle HMI gezeigt, mit Hilfe von welcher ein Benutzer Eingabebefehle einer dieser HMI zugeordneten Interaktionssprache, visuell, textuell, durch Sprachsteuerung, über graphische Symbole oder eine Virtual-Reality-Vorrichtung über ein Eingabemodul EM eingeben kann. Gleichzeitig erhält der Benutzer über die HMI eine Rückmeldung über den Status einer durch das erfindungsgemäße System zu steuernden Maschine, Komponente oder Einheit bzw. eines zu steuernden Maschinenkollektivs.In the 1 a human-machine interface HMI is shown schematically, with the help of which a user can enter input commands of an interaction language assigned to this HMI, visually, textually, by voice control, via graphic symbols or a virtual reality device via an input module EM. At the same time, the user receives feedback via the HMI about the status of a machine, component or unit to be controlled by the system according to the invention or of a collective of machines to be controlled.

Die Interaktionssprache bildet sozusagen die benutzerseitige Befehlssprache, die gemäß der Erfindung vorzugsweise einheitlich in Bezug auf alle Maschinen ausgelegt ist, mit denen das System zusammenwirken soll.The interaction language forms, so to speak, the user-side command language which, according to the invention, is preferably designed uniformly with regard to all machines with which the system is to interact.

In der Interaktionssprache sind entsprechende Befehlsgrößen r1 , ..., ri , hinterlegt bzw. vordefiniert. Handelt es sich bei der zu steuernden Maschine bspw. um einen Roboter, kann die Befehlsgröße ri bspw. bedeuten „Bewege den Roboter von Position A nach Position B“, wobei die Art des Roboters und dessen inhärente Maschinensprache dem System und damit dem Benutzer zur Bedienung der Interaktionssprache nicht zwangsläufig bekannt sind.There are corresponding command values in the interaction language r 1 , ..., r i , stored or predefined. If the machine to be controlled is, for example, a robot, the command size can be r i For example, mean “move the robot from position A to position B”, whereby the type of robot and its inherent machine language are not necessarily known to the system and thus to the user for operating the interaction language.

Die Maschinensprache der Maschine umfasst alle durch Befehlsgrößen definierten Instruktionen, die von der Maschine im Rahmen von Operationen direkt ausgeführt werden können, wobei die Menge und die formale Struktur bzw. Syntax dieser Instruktionen, also der Befehlssatz, sich von Maschine zu Maschine unterscheiden, selbst wenn die Maschinen im Rahmen der Umsetzung einer Befehlsgröße zu dem gleichen Ergebnis kommen. Bspw. ist ein sechsachsiger, positionsgeregelter Roboter eines ersten Herstellers mit einer ersten Maschinensprache (Maschinencode, Maschinenprogramm) ebenso wie ein sechsachsiger, positionsgeregelter, technisch unter Umständen unterschiedlich realisierter Roboter eines zweiten Herstellers mit einer zweiten Maschinensprache in der Lage, jeweils ihre Effektoren von der Position A zu der Position B zu bewegen, d.h. das Ergebnis bzw. die funktionale Leistung beider Roboter ist identisch, jedoch erfolgt hierfür die Ausführung über unterschiedliche Befehlsgrößen der Maschinensprache.The machine language of the machine includes all instructions defined by command variables that can be executed directly by the machine in the context of operations, whereby the quantity and the formal structure or syntax of these instructions, i.e. the command set, differ from machine to machine, even if the machines come to the same result when implementing a command variable. For example, a six-axis, position-controlled robot from a first manufacturer with a first machine language (machine code, machine program), as well as a six-axis, position-controlled, technically differently implemented robot from a second manufacturer with a second machine language is able to determine its effectors from the position A to the position B, ie the result or the functional performance of both robots is identical, however, the execution takes place via different command values of the machine language.

In der 2 ist schematisch der Aufbau einer durch das System gemäß der Erfindung zu steuernden Maschine Ki gezeigt.In the 2 Figure 3 is a schematic of the structure of a machine to be controlled by the system according to the invention K i shown.

Diese Maschine Ki besitzt eine eigenständige, mit der benutzerseitigen Interaktionssprache hinsichtlich Art und Programmierung nicht identische Maschinensprache. In dieser Maschinensprache, die mit Maschinensprachen anderer Maschinen bzw. Maschinenklassen nicht identisch und nicht kompatibel sein muss, sind ebenfalls Befehlsgrößen R1 , ..., Ri hinterlegt, die hinsichtlich ihrer Ausführung, d.h. dem zu erzielenden Ergebnis, den Befehlsgrößen der Interaktionssprache entsprechen.This machine K i has an independent machine language that is not identical to the user interaction language in terms of type and programming. In this machine language, which does not have to be identical and not compatible with the machine languages of other machines or machine classes, there are also command variables R 1 , ..., R i which correspond to the command values of the interaction language with regard to their execution, ie the result to be achieved.

In dem genannten Beispiel bedeutet daher die Befehlsgröße R1 der Maschinensprache ebenso „Bewege den Roboter von Position A nach Position B“, wobei die Befehlsgrößen R2 bis Ri weitere Befehle umfassen können, die im Anschluss an den Befehl R1 ausgeführt werden können.In the example mentioned, therefore, means the command size R 1 the machine language as well as "Move the robot from position A to position B", whereby the command values R 2 to R i Other commands may include those following the command R 1 can be executed.

In der 3 ist schematisch der Aufbau eines erfindungsgemäßen Systems in Bezug auf die Steuerung einer einzigen Maschine Ki gezeigt.In the 3 is a schematic of the structure of a system according to the invention in relation to the control of a single machine K i shown.

Das System gemäß der Erfindung ist ausgelegt, bspw. durch eine entsprechende Programmierung in Bezug auf die Software oder zumindest eines Rechenkerns, in Bezug auf jede Befehlsgröße r1 , ..., ri der Interaktionssprache jeweils zumindest eine Regelfunktion f1 , ..., fi zu generieren, mit der diese Befehlsgrößen r1 , ..., ri auf die dieser jeweils zugeordneten bzw. entsprechenden Befehlsgröße R1 , ..., Ri der Maschinensprache der Maschine Ki umgewandelt bzw. transformiert wird.The system according to the invention is designed, for example by appropriate programming with regard to the software or at least one computing core, with regard to each command variable r 1 , ..., r i the interaction language has at least one rule function f 1 , ..., f i to generate these command sizes r 1 , ..., r i to the command size assigned or corresponding to this R 1 , ..., R i the machine language of the machine K i is converted or transformed.

Gemäß der Erfindung erfolgt dieser Vorgang derart, dass sich die Regelfunktionen f1 , ..., fi über zumindest einen in der Software oder dem Rechenkern hinterlegten bzw. implementierten Algorithmus in Abhängigkeit der Art bzw. der Klasse der Maschine Ki , bspw. einem sechsachsigen, positionsgesteuerten Roboter, der dieser Maschine Ki innenwohnenden individuellen (in der Regel herstellerabhängigen) Maschinensprache und/oder der Art des Befehls selbst bestimmt.According to the invention, this process takes place in such a way that the control functions f 1 , ..., f i via at least one algorithm stored or implemented in the software or the computing kernel, depending on the type or class of the machine K i , for example a six-axis, position-controlled robot that this machine K i internal individual (usually manufacturer-dependent) machine language and / or the type of command itself.

Tatsächlich muss hierzu die Befehlsstruktur bzw. Befehlssyntax der Interaktionssprache die Befehlsstruktur bzw. Befehlssyntax der Maschine Ki nicht kennen.In fact, the command structure or command syntax of the interaction language must match the command structure or command syntax of the machine K i not knowing.

Die Maschine Ki selbst wird dabei als ein Rechnermodell einer Zustandsmaschine beschrieben, die im Zuge der Ausführung einer jeden Befehlsgröße eine Zustandsänderung erfährt, was in der 3 exemplarisch durch den Pfeil Zi angegeben ist. In der einfachsten Form kann das Rechnermodell als eine Turing-Maschine beschrieben werden.The machine K i itself is described as a computer model of a state machine, which experiences a change of state in the course of the execution of each command variable, which in the 3 is indicated by way of example by the arrow Z i. In its simplest form, the computer model can be described as a Turing machine.

Hierbei muss die Zustandsänderung nicht zwangsläufig dynamischer Natur sein. Bei der Maschine Ki kann es sich beispielsweise auch um einen Sensor jeglicher Art handeln, dessen aktueller Zustand, d.h. Messwert, über eine entsprechende Eingabe in der Interaktionssprache mittels einer Befehlsgröße r2 abgefragt wird, z.B. im Sinne von „Ermittle vorherrschende Temperatur“, indem das Steuermodul des Systems eine entsprechende Regelfunktion f2 erzeugt, die diese Eingabe auf die Regelgröße R2 der Maschinen(sensor)spräche im Sinne von „Ermittle vorherrschende Temperatur“ des Sensors abbildet. Die Temperatur als eine Zustandsgröße bzw. ein Zustandssignal kann dann an das Steuermodul bzw. die HMI zur Darstellung bzw. Übermittlung der Information an den Benutzer zurück transferiert werden, was im Folgenden im Zusammenhang mit 4 erläutert werden soll.The change of state does not necessarily have to be of a dynamic nature. At the machine K i For example, it can also be a sensor of any kind whose current state, ie measured value, is queried via a corresponding input in the interaction language using a command variable r 2 , for example in the sense of "Determine prevailing temperature" by the control module of the system corresponding control function f 2 is generated, which this input to the controlled variable R 2 the machine (sensor) would represent the sensor in the sense of "determine the prevailing temperature". The temperature as a state variable or a state signal can then be transferred back to the control module or the HMI for the display or transmission of the information to the user, which will be discussed below in connection with 4th should be explained.

Gemäß der Erfindung ist das Steuermodul des Weiteren dazu ausgelegt, dass im Zuge der Generierung der Regelfunktionen f1 , ..., fi eine ständige Rückkopplung von den Befehlsgrößen R1 , ..., Ri der Maschine Ki erfolgt, was sinnbildlich durch die Pfeile U1 , ..., Ui dargestellt ist.According to the invention, the control module is also designed so that in the course of generating the control functions f 1 , ..., f i constant feedback from the command values R 1 , ..., R i the machine K i takes place, which is symbolized by the arrows U 1 , ..., U i is shown.

Die Erfindung zeichnet sich folglich dadurch aus, dass sie zur Kommunikation zwischen einer benutzerseitig definierten Interaktionssprache und einer vorgegebenen, individualisierten Maschinensprache virtuell ein Prozessrechenmodell implementiert, im weitesten Sinne die Grundstruktur eines Regelkreises, bei dem tatsächliche und/oder virtuelle Zustandsgrößen und/oder Störgrößen in die Feedback-Kontrolle mit einfließen. Gemäß der Erfindung wird ein solcher Regelkreis vorzugsweise programmtechnisch virtuell erzeugt, mit den einzelnen Befehlsgrößen als virtuelle Regelgrößen.The invention is therefore characterized in that it virtually implements a process computing model for communication between a user-defined interaction language and a specified, individualized machine language, in the broadest sense the basic structure of a control loop in which actual and / or virtual state variables and / or disturbance variables are incorporated into the Influence feedback control. According to the invention, such a control loop is preferably generated virtually in the program, with the individual command variables as virtual control variables.

Um zu erkennen, ob und in welchem Umfang die Zustandsänderung (bspw. „Roboter hat sich von Position A zu Position B bewegt“) der jeweils zu steuernden Maschine erfolgt ist, muss dem System (und damit dem Benutzer über die HMI) eine entsprechende Rückmeldung geliefert werden.In order to recognize whether and to what extent the status change (e.g. "Robot has moved from position A to position B") of the machine to be controlled has taken place, the system (and thus the user via the HMI) must receive a corresponding feedback to be delivered.

Dies ist exemplarisch in 4 dargestellt.This is exemplified in 4th shown.

Der Maschinensprache der Maschine Ki ist ein Satz von Zustandsgrößen S1 , ..., Si zugeordnet. Diese Zustandsgrößen S1 , ..., Si wiederum entsprechen einem Satz von in der Interaktionssprache definierten äquivalenten Zustandsgrößen s1 , ..., si .The machine language of the machine K i is a set of state variables S 1 , ..., S i assigned. These state variables S 1 , ..., S i in turn correspond to a set of equivalent state variables defined in the interaction language s 1 , ..., s i .

Gemäß der Erfindung ist das zumindest eine Steuermodul des Weiteren so ausgestaltet, dass in Bezug auf eine Zustandsgröße s1 , ..., si der Interaktionssprache jeweils zumindest eine inverse Regelfunktion f1 -1 , ..., fi -1 generiert wird, die ausgebildet ist, eine entsprechende Zustandsgröße s1 , ..., si der Maschine Ki in die zugehörige Zustandsgröße s1 , ..., si der Interaktionssprache zu transformieren bzw. abzubilden.According to the invention, the at least one control module is furthermore designed so that, in relation to a state variable s 1 , ..., s i the interaction language each have at least one inverse control function f 1 -1 , ..., f i -1 is generated, which is designed to be a corresponding state variable s 1 , ..., s i of the machine K i into the associated state variable s 1 , ..., s i transform or map the interaction language.

Auch hier folgt die Generierung der inversen Regelfunktion dem erfindungsgemäßen Ansatz, die Kommunikation zwischen der Maschinensprache und der Interaktionssprache als ein Prozessrechenmodell abzubilden, wobei hierfür entsprechende Algorithmen im Steuermodul ablegt sind.Here, too, the generation of the inverse control function follows the approach according to the invention of depicting the communication between the machine language and the interaction language as a process computing model, with corresponding algorithms being stored in the control module for this purpose.

Sowohl die Hin-Transformation in Bezug auf eine Regelgröße über die Generierung einer Regelfunktion fi als auch die Rück-Transformation in Bezug eine Zustandsgröße, die mit der Regelgröße in einem funktionalen Zusammenhang stehen kann, über die Generierung einer inversen Regelfunktion fi -1 bewirkt an der Schnittstelle zur Interaktionssprache eine einheitliche Abstraktion über alle zu steuernden Maschinen Ki , vorzugsweise einer Klasse, hinweg. Die Ausgabe der so erhaltenen Information (erreichte Position, Temperatur, usw.) kann dem Benutzer über ein entsprechend ausgebildetes Darstellungsmodul DM vermittelt werden.Both the forward transformation in relation to a controlled variable via the generation of a control function f i as well as the reverse transformation in relation to a state variable, which can be functionally related to the controlled variable, via the generation of an inverse control function f i -1 causes a uniform abstraction across all machines to be controlled at the interface to the interaction language K i , preferably one class. The output of the information obtained in this way (position reached, temperature, etc.) can be conveyed to the user via a correspondingly designed display module DM.

Der Benutzer benötigt gemäß der Erfindung daher nur eine einzige Interaktionssprache mit einem definierten Befehlssatz, um Maschinen, Komponenten und/oder Maschinenansammlungen zu steuern bzw. mit diesen zu kommunizieren. Die Interaktionssprache ist dabei vorzugsweise bedienerfreundlich und leicht verständlich ausgelegt, bspw. über eine App-Steuerung auf einer graphischen Benutzeroberfläche, und im Verhältnis zu allen Maschinensprachen der zu steuernden Maschinen unabhängig und autark.According to the invention, the user therefore only needs a single interaction language with a defined set of instructions in order to control machines, components and / or machine collections or to communicate with them. The interaction language is preferably designed to be user-friendly and easy to understand, for example via an app control on a graphical user interface, and is independent and self-sufficient in relation to all machine languages of the machines to be controlled.

Das erfindungsgemäße System ist daher ausgelegt, die Abstraktion über alle unterschiedlichen Maschinensprachen hinweg durch vorgegebene, im System implementierte Algorithmen, dadurch zu bewerkstelligen, dass alle möglichen virtuellen und/oder tatsächlichen Parameter in Bezug auf das durch diese Algorithmen realisierte Prozessrechenmodell, wie Regelgrößen, Zustandsgrößen als auch mögliche Störgröße (bspw. Latenzen) berücksichtigt werden.The system according to the invention is therefore designed to accomplish the abstraction across all different machine languages by means of predetermined algorithms implemented in the system, in that all possible virtual and / or actual parameters in relation to the process calculation model implemented by these algorithms, such as controlled variables, state variables as possible disturbance variables (e.g. latencies) can also be taken into account.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird das System jedoch verwendet, um ein vorzugsweise potentiell heterogen verteiltes Kollektiv von Maschinen, Komponenten oder Einheiten zu steuern.In a preferred embodiment, however, the system is used to control a preferably potentially heterogeneously distributed collective of machines, components or units.

5 zeigt schematisch ein solches Kollektiv bestehend aus den Maschinen K1 bis K9 . 5 shows schematically such a collective consisting of the machines K 1 to K 9 .

Jede Maschine K1 bis K9 für sich erfährt eine Zustandsänderung Z1 bis Z9 , die sich im Zuge der Steuerung einstellt.Every machine K 1 to K 9 experiences a change of state for itself Z 1 to No. 9 which occurs in the course of the control.

Die Maschinen selbst müssen in keinem funktionalen Zusammenhang stehen und können sich auch an unterschiedlichen Orten befinden. Sie können jedoch auch zusammenarbeiten, ohne dass sie miteinander kompatible Maschinensprachen besitzen müssen, beispielsweise im Rahmen einer gemeinsamen Produktionsanlage, was exemplarisch durch die Pfeile A, B dargestellt ist. Z. Bsp. kann es sich bei der Maschine K8 um eine Werkzeugmaschine handeln, die von einem Roboter K7 bestückt wird, indem dieser Werkstücke einem Förderband K9 entnimmt und diesem nach der Bearbeitung wieder übergibt.The machines themselves do not have to be functionally related and can also be located in different locations. However, they can also work together without having to have mutually compatible machine languages, for example within the framework of a common production facility, which is shown by way of example by the arrows A, B. E.g. it can be with the machine K 8 be a machine tool made by a robot K 7 is loaded by placing these workpieces on a conveyor belt K 9 removes and hands it over again after processing.

Obwohl die Maschinen K7 bis K9 für sich unterschiedliche, miteinander nicht kompatible Maschinensprachen besitzen, erfolgt die Kommunikation der Maschinen untereinander, deren Steuerung und ggfs. auch Programmierung über das Abstraktionsprinzip gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren mit der Interaktionssprache als einheitliche Befehlssprache für alle Maschinen K7 bis K9 .Although the machines K 7 to K 9 If they have different, mutually incompatible machine languages, the machines communicate with one another, control them and, if necessary, also program them using the abstraction principle according to the method according to the invention with the interaction language as the uniform command language for all machines K 7 to K 9 .

Bei dem Kollektiv kann es sich jedoch auch um mehrere Komponenten einer einzigen, eigenständigen Maschine handeln, die funktional zusammenwirken, wie beispielsweise ein Roboterarm K3 eines Herstellers, der an seinem distalen Ende einen Greifermechanismus K5 eines anderen Herstellers trägt, wie dies exemplarisch in der 6 dargestellt ist, wobei der Roboterarm K3 , bzw. seine Steuerung/Maschinensprache, und der Greifermechanismus K5 , bzw. seine Steuerung/Maschinensprache nur teilweise oder gar keine Informationen voneinander haben können.However, the collective can also be several components of a single, independent machine that functionally interact, such as a robot arm K 3 of a manufacturer that has a gripper mechanism at its distal end K 5 from another manufacturer, as exemplified in the 6th is shown, the robotic arm K 3 , or its control / machine language, and the gripper mechanism K 5 , or its control / machine language can only have partial or no information from each other.

In der 7 ist schematisch die Steuerung eines Kollektivs nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gezeigt.In the 7th the control of a collective according to the method according to the invention is shown schematically.

Jede Maschine K1 und K2 weist jeweils einen Satz von Befehlsgrößen (R1 , ..., Ri )K1 und (R1 , ..., Ri )K2 in deren eigener Maschinensprache auf. Ebenso ist jeder Maschine K1 und K2 ein Satz von Zustandsgrößen (S1 , ..., Si )K1 und (S1 , ..., Si ) K2 zugeordnet, die bereits vorhanden sind (bspw. vorhandene Temperatur) oder sich durch eine Zustandsänderung infolge der Steuerung erst einstellen (bspw. dann geänderte Temperatur). Every machine K 1 and K 2 each has a set of command values ( R 1 , ..., R i ) K 1 and ( R 1 , ..., R i ) K 2 in their own machine language. Every machine is the same K 1 and K 2 a set of state variables ( S 1 , ..., S i ) K 1 and ( S 1 , ..., S i ) K 2 assigned that are already present (e.g. existing temperature) or are only set by a change in status as a result of the control (e.g. then changed temperature).

Gemäß der Erfindung wird daher dann in Bezug auf jede Regelgröße ein entsprechender Satz F1 von Regelfunktionen f1 - fi für die Maschine K1 und Satz F2 von Regelfunktionen f1 - fi für die Maschine K2 und in Bezug auf jede Zustandsgröße ein entsprechender Satz F1 -1 von inversen Regelfunktionen f1 -1 - fi -1 für die Maschine K1 und F2 -1 von inversen Regelfunktionen f1 -1 - fi -1 für die Maschine K2 erzeugt, wie dies im Zusammenhang mit den 3 und 4 vorhergehend erläutert wurde.According to the invention, a corresponding sentence is then created for each controlled variable F 1 of control functions f 1 - f i for the machine K 1 and sentence F 2 of control functions f 1 - f i for the machine K 2 and with respect to each state variable a corresponding sentence F 1 -1 of inverse control functions f 1 -1 - f i -1 for the machine K 1 and F 2 -1 of inverse control functions f 1 -1 - f i -1 for the machine K 2 generated as this in connection with the 3 and 4th was previously explained.

Dadurch lässt sich eine einheitliche Abstraktion über alle Maschinenklassen bzw. -arten und deren Maschinensprachen hinweg realisieren.This enables a uniform abstraction to be implemented across all machine classes or types and their machine languages.

Die Erzeugung der einzelnen Regelfunktionen ist durch vorgegebene und/oder anpassbare und/oder über (Deep) Learning-Algorithmen möglich, die im Steuermodul (Software, Rechenkern) implementiert sind. Dadurch wird ein formales Interaktionsmodell, also eine Art Interaktionssteuerung geschaffen, mit der der Benutzer unterschiedliche, hinsichtlich ihrer Maschinensprache zwangsläufig nicht miteinander kompatible Maschinen, einzeln, d.h. asynchron, oder synchron betätigen kann, so dass diese Maschinen in einem höheren Ablaufkontext integriert sind, wie dies z.B. bei einer aus unterschiedlichen Maschinen bestehenden Produktionsanlage der Fall wäre.The individual control functions can be generated using predefined and / or adaptable and / or (deep) learning algorithms that are implemented in the control module (software, calculation kernel). This creates a formal interaction model, i.e. a type of interaction control, with which the user can operate different machines, which are necessarily incompatible with one another in terms of their machine language, individually, i.e. asynchronously, or synchronously, so that these machines are integrated in a higher process context, like this would be the case, for example, with a production system consisting of different machines.

Claims (16)

System zur Steuerung zumindest einer Maschine (Ki), der eine individuelle Maschinensprache zugeordnet ist, die definierte Befehlsgrößen (R1, ..., Ri) umfasst, wobei im Zuge der Steuerung die Maschine (Ki) eine Zustandsänderung (Zi) erfährt, aufweisend: - eine Mensch-Maschine-Schnittstelle (HMI), der eine Interaktionssprache zugeordnet ist, die definierte Befehlsgrößen (r1 , ..., ri) umfasst; und - ein Steuermodul, das ausgestaltet ist, in Abhängigkeit der Art der Maschine (Ki) und/oder der dieser zugordneten Maschinensprache in Bezug auf eine Befehlsgröße (r1 , ..., ri) der Interaktionssprache und/oder in Bezug auf eine Befehlsgröße (R1, ..., Ri) der individuellen Maschinensprache eine Regelfunktion (f1 , ..., fi) zu generieren, die ausgebildet ist, die Befehlsgröße (r1 , ..., ri) der Interaktionssprache in eine zugehörige Befehlsgröße (R1 , ..., Ri) der individuellen Maschinensprache zu transformieren.System for controlling at least one machine (K i ) to which an individual machine language is assigned, which includes defined command variables (R 1 , ..., R i ), with the machine (K i ) changing its state (Z i ) experiences, comprising: a man-machine interface (HMI), to which an interaction language is assigned, which comprises defined command variables (r 1 , ..., r i ); and - a control module which is designed as a function of the type of machine (K i ) and / or the machine language assigned to it in relation to a command variable (r 1 , ..., r i ) of the interaction language and / or in relation to an instruction variable (R 1 , ..., R i ) of the individual machine language to generate a control function (f 1 , ..., f i ) which is designed to generate the instruction variable (r 1 , ..., r i ) of the To transform interaction language into an associated command variable (R 1 , ..., R i ) of the individual machine language. System nach Anspruch 1, bei dem das Steuermodul des Weiteren ausgestaltet ist, in Abhängigkeit der Art der Maschine (Ki) und/oder der dieser zugordneten Maschinensprache in Bezug auf eine Zustandsgröße (s1 , ..., si) der Interaktionssprache und/oder in Bezug auf eine Zustandsgröße (S1, ..., Si) der individuellen Maschinensprache eine inverse Regelfunktion (f1 -1 , ..., fi -1) zu generieren, die ausgebildet ist, eine Zustandsgröße (S1, ..., Si) der individuellen Maschinensprache in eine zugehörige Zustandsgröße (s1, ..., si) der Interaktionssprache zu transformieren.System according to Claim 1 , in which the control module is also designed, depending on the type of machine (Ki) and / or the machine language assigned to it in relation to a state variable (s 1 , ..., s i ) of the interaction language and / or in relation to Generate a state variable (S 1 , ..., S i ) of the individual machine language an inverse control function (f 1 -1 , ..., f i -1 ), which is designed to generate a state variable (S 1 , ... , S i ) of the individual machine language into an associated state variable (s 1 , ..., s i ) of the interaction language. System nach Anspruch 2, bei dem das Steuermodul des Weiteren ausgestaltet ist, die Regelfunktion (f1 , ..., fi) in Abhängigkeit der inversen Regelfunktion (f1 -1 , ..., fi -1) und/oder umgekehrt zu generieren.System according to Claim 2 , in which the control module is also designed to generate the control function (f 1 , ..., f i ) as a function of the inverse control function (f 1 -1 , ..., f i -1 ) and / or vice versa. System nach Anspruch 2 oder 3, bei dem das Steuermodul des Weiteren ausgestaltet ist, die Regelfunktion (f1 , ..., fi) und/oder die inverse Regelfunktion (f1 -1 , ..., fi -1) während der Zustandsänderung der Maschine (Ki) zu ändern.System according to Claim 2 or 3 , in which the control module is also designed, the control function (f 1 , ..., f i ) and / or the inverse control function (f 1 -1 , ..., f i -1 ) during the state change of the machine ( K i ) to change. System nach einem der Ansprüche 2 bis 4, bei dem mehrere Maschinen (K1 , ..., Ki) vorgesehen sind, denen jeweils eine individuelle Maschinensprache zugeordnet ist, und bei dem das Steuermodul ausgestaltet ist, für jede Maschine (K1 , ..., Ki) eine Regelfunktion (f1 , ..., fi) und eine inverse Regelfunktion (f1 -1 , ..., fi -1) zu generieren.System according to one of the Claims 2 to 4th , in which several machines (K 1 , ..., K i ) are provided, each of which is assigned an individual machine language, and in which the control module is designed, one for each machine (K 1 , ..., K i ) Generate control function (f 1 , ..., f i ) and an inverse control function (f 1 -1 , ..., f i -1 ). System nach Anspruch 5, bei dem das Steuermodul des Weiteren ausgestaltet ist, die Regelfunktionen (f1 , ..., fi) und die inversen Regelfunktionen (f1 -1 , ..., fi -1) in Bezug auf die Maschinen (K1 , ..., Ki) synchron oder asynchron zu generieren.System according to Claim 5 , in which the control module is also designed, the control functions (f 1 , ..., f i ) and the inverse control functions (f 1 -1 , ..., f i -1 ) in relation to the machines (K 1 , ..., K i ) to generate synchronously or asynchronously. System nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem die zumindest eine Maschine (Ki) ein Roboter oder ein Teil eines Roboters ist.System according to one of the Claims 1 to 6th , in which the at least one machine (K i ) is a robot or part of a robot. Verfahren zur Steuerung zumindest einer Maschine (Ki), der eine individuelle Maschinensprache zugeordnet ist, die definierten Befehlsgrößen (R1 , ..., Ri) umfasst, mittels eines Steuermoduls, das mit einer Mensch-Maschine-Schnittstelle (HMI) zusammenwirkt, der eine Interaktionssprache zugeordnet ist, die definierte Befehlsgrößen (r1 , ..., ri), umfasst, wobei im Zuge der Steuerung die Maschine (Ki) eine Zustandsänderung (Zi) erfährt, aufweisend die Schritte: - Erkennen der Art der Maschine (Ki) und/oder der dieser zugeordneten Maschinensprache; - in Abhängigkeit der Art der Maschine (Ki) und/oder der dieser zugordneten Maschinensprache Generieren einer Regelfunktion (f1 , ..., fi) in Bezug auf eine Befehlsgröße (r1 , ..., ri) der Interaktionssprache und/oder in Bezug auf eine Befehlsgröße (R1 , ..., Ri) der individuellen Maschinensprache; und - Transformieren der Befehlsgröße (r1 , ..., ri) der Interaktionssprache in eine zugehörige Befehlsgröße (R1 , ..., Ri) der individuellen Maschinensprache unter Anwendung der Regelfunktion (f1 , ..., fi).Method for controlling at least one machine (K i ), which is assigned an individual machine language, which includes defined command variables (R 1 , ..., R i ), by means of a control module that interacts with a man-machine interface (HMI) that is associated with an interaction language command values defined (r 1, ..., r i), wherein in the course of controlling the machine (K i) undergoes a change of state (Z i), comprising the steps of: - detecting the Type of machine (K i ) and / or the machine language assigned to it; - Depending on the type of machine (K i ) and / or the machine language assigned to it, generating a control function (f 1 , ..., f i ) in relation to a command variable (r 1 , ..., r i ) of the interaction language and / or in relation to an instruction variable (R 1 , ..., R i ) of the individual machine language; and - transforming the command variable (r 1 , ..., r i ) of the interaction language into an associated command variable (R 1 , ..., R i ) of the individual machine language using the rule function (f 1 , ..., f i ). Verfahren nach Anspruch 8, des Weiteren aufweisend die Schritte: - in Abhängigkeit der Art der Maschine (Ki) und/oder der dieser zugordneten Maschinensprache Generieren einer inversen Regelfunktion (f1 -1 , ..., fi -1) in Bezug auf eine Zustandsgröße (s1, ..., si) der Interaktionssprache und/oder in Bezug auf eine Zustandsgröße (S1, ..., Si) der individuellen Maschinensprache; und - Transformieren der Zustandsgröße (S1, ..., Si) der individuellen Maschinensprache in eine zugehörige Zustandsgröße (s1, ..., si) der Interaktionssprache unter Anwendung der inversen Regelfunktion (f1 -1 , ..., fi -1).Procedure according to Claim 8 , further comprising the steps: - as a function of the type of machine (K i ) and / or the machine language assigned to it, generating an inverse control function (f 1 -1 , ..., f i -1 ) in relation to a state variable ( s 1 , ..., s i ) the interaction language and / or in relation to a state variable (S 1 , ..., S i ) of the individual machine language; and - transforming the state variable (S 1 , ..., S i ) of the individual machine language into an associated state variable (s 1 , ..., s i ) of the interaction language using the inverse rule function (f 1 -1 , ... , f i -1 ). Verfahren nach Anspruch 9, bei dem die Regelfunktion (f1 , ..., fi) in Abhängigkeit der inversen Regelfunktion (f1 -1 , ..., fi -1) und/oder umgekehrt generiert wird.Procedure according to Claim 9 , in which the control function (f 1 , ..., f i ) is generated depending on the inverse control function (f 1 -1 , ..., f i -1 ) and / or vice versa. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, bei dem die Regelfunktion (f1 , ..., fi) und/oder die inverse Regelfunktion (f1 -1 , ..., fi -1) während der Zustandsänderung (Zi) der Maschine (Ki) geändert werden.Procedure according to Claim 9 or 10 , in which the control function (f 1 , ..., f i ) and / or the inverse control function (f 1 -1 , ..., f i -1 ) during the change of state (Z i ) of the machine (K i ) be changed. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, bei dem mehrere Maschinen (K1 , ..., Ki) vorgesehen sind, denen jeweils eine individuelle Maschinensprache zugeordnet ist, aufweisend: - Generieren einer Regelfunktion (f1 , ..., fi) und einer inversen Regelfunktion (f1 -1 , ..., fi -1) für jede Maschine (K1 , ..., Ki) , wobei die Regelfunktionen (f1 , ..., fi) und die inversen Regelfunktionen (f1 -1 , ..., fi -1) in Bezug auf die Maschinen (K1 , ..., Ki) synchron oder asynchron generiert werden.Method according to one of the Claims 9 to 11 , in which several machines (K 1 , ..., K i ) are provided, each of which is assigned an individual machine language, having: - Generating a control function (f 1 , ..., f i ) and an inverse control function (f 1 -1 , ..., f i -1 ) for each machine (K 1 , ..., K i ), whereby the control functions (f 1 , ..., f i ) and the inverse control functions (f 1 - 1 , ..., f i -1 ) with respect to the machines (K 1 , ..., K i ) are generated synchronously or asynchronously. Computersystem mit einer Datenverarbeitungsvorrichtung, wobei die Datenverarbeitungsvorrichtung derart ausgestaltet ist, dass ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 8 bis 12 auf der Datenverarbeitungsvorrichtung ausgeführt wird.Computer system with a data processing device, wherein the data processing device is designed such that a method according to one of the preceding Claims 8 to 12 is executed on the data processing device. Digitales Speichermedium mit elektronisch auslesbaren Steuersignalen, wobei die Steuersignale so mit einem programmierbaren Computersystem zusammenwirken können, dass ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 8 bis 12 ausgeführt wird.Digital storage medium with electronically readable control signals, the control signals being able to interact with a programmable computer system in such a way that a method according to one of the preceding Claims 8 to 12 is performed. Computer-Programm-Produkt mit einem auf einem maschinenlesbaren Träger gespeicherten Programmcode zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche 8 bis 12, wenn der Programmcode auf einer Datenverarbeitungsvorrichtung ausgeführt wird.Computer program product with a program code stored on a machine-readable carrier for performing the method according to one of the preceding Claims 8 to 12 when the program code is executed on a data processing device. Computer-Programm mit Programmcodes zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche 8 bis 12, wenn das Programm auf einer Datenverarbeitungsvorrichtung abläuft.Computer program with program codes for carrying out the method according to one of the preceding Claims 8 to 12 when the program is running on a data processing device.
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